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摘要：结合某铁路线软弱围岩隧道施工监控量测工作，将监控量测信息反馈系统贯穿到整个施工过程，随时掌握隧道围岩和支护结构受力变形情况，及时反馈，根据监控量测成果及时调整支护参数和施工步骤。根据不同的围岩和地质情况，利用监控量测信息反馈系统，采用有针对性的施工措施，同时提出了软弱围巖隧道监控预警速度和累计值。
关键词：隧道；软弱围岩；监控量测；信息反馈。
中图分类号：U45文献标识码： A
1工程概况
某铁路线是内蒙古西部一条煤运主通道和地区性煤炭运输主干线，线路位于低山丘陵区，地形起伏不大，冲沟较发育，线路桥隧比例高。隧道主要穿越风积砂黄土和砂岩泥岩地层，多呈缓倾状，埋深较浅。全线隧道围岩软弱，以IV级和V级为主，局部地段为VI级围岩，地质条件复杂，施工风险大。不良地质情况主要有以下三类：1）风积砂黄土覆盖层厚。隧道洞身或洞口段穿越风积砂层，围岩结构松散，完全无自稳能力，开挖过程漏砂严重，极易坍塌变形，引发地表塌陷。2）洞口地质条件差。隧道进出洞口埋深浅，冲沟发育，岩体风化严重，岩质软弱，其中夹杂碎石，特别是拱顶局部夹含砂质黄土，完整性差，开挖时拱顶易掉块甚至坍塌。个别隧道洞口段地质条件复杂，穿越偏压段，受力复杂。3）裂隙水发育段。围岩为粉砂，结构松软，裂隙水发育，软化围岩呈软塑状，完整性差，及易坍塌变形并失稳，Ⅵ级围岩。
2监控量测项目
为确保隧道施工安全，根据规范和施工管理要求，将监控量测工作贯穿到整个施工过程，随时掌握隧道围岩和支护结构受力变形情况，引入监控量测信息反馈系统，及时将监控量测结果反馈给施工、监理、设计以及建设管理单位，根据量测成果及时调整支护参数和施工步骤，改进施工措施。
本线隧道工程监控量测实施项目主要为：1）洞内、外观测；2）周边位移监测；3）拱顶下沉量测；4）地表沉降观测。各分项监测断面要尽量布设在同一断面上，虽然各分项监测的重点不一致，但各分项目监测结果的趋势有一致性，监测中实时对各项监测成果进行相互印证，综合考虑量测成果的应用。
3位移管理等级
建立监控量测结果位移管理等级是监控量测信息反馈系统的首要步骤，本线隧道监测位移管理等级分为三等，其等级划分及相应基准值见表1。通过对监测结果的比较和分析来判定支护结构的稳定性和安全性，并指导施工。
表1变形管理等级标准表
管理等级 管 理 位 移 施工状态
Ⅰ U0＜（Un／3） 正常施工
Ⅱ （Un／3）≤U0≤（2Un／3） 加强支护
Ⅲ U0＞（2Un／3） 采取特殊措施
U0为实测变形值，Un允许变形值。Un的确定：Un的确定应考虑围岩类别、隧道埋置深度等因素并结合现场条件选择。对于软弱围岩、含水、浅埋等特殊地质情况围岩，开挖过程围岩和支护变现大，确定预警标准值为：当周边位移或拱顶下沉速率大于10～15mm/d时，围岩处于急剧变化状态，应报警，进行加固，累计变形为30cm。
每次观测结束后绘制时间-位移，对数据进行分析。如果曲线正常，说明位移随施工的进行渐趋稳定；如果出现反常，出现反弯点，表明围岩和支护已呈不稳状况，应立即采取措施。
1）根据现场量测数据及时绘制位移－时间曲线，曲线的时间坐标轴下应注明施工工序以及开挖面离量测断面的距离；
2）当位移－时间曲线趋于平缓时，应进行数据处理或回归分析，以推算最终位移和位移变化规律。
3）当位移－时间曲线中出现反常的急骤现象时，如出现图中反常现象(如图2)，表明此时的围岩.支护系统已处于不稳定状态，应加强监视。在监测过程中，若发现周边位移量过大或收敛速度无稳定趋势时，应进行施工处理，或停止洞内开挖，或对结构采取补强措施。
图2位移-时间曲线图
4监控量测信息反馈程序
在监测过程中，实时对监测结果进行整理，根据分析结果，对隧道安全性提出评价意见，评价根据位移管理等级分三级进行，并按规定采取相应的工程对策，监控量测信息反馈程序见图3。
图3监控量测信息反馈程序框图
5监测结果异常的处理
隧道监测结果异常处理是监控量测信息反馈系统的最关键步骤，当监控预报结果出现异常时，可按以下方法处理：
1）遇下列情况之一，应立即采取补强措施，改变施工方法或设计参数，增强初期支护：隧道开挖后，工程地质和水文地质、围岩类别比预计的要差；喷射混凝土层裂缝多、裂缝大或不断发展；位移速率长期无明显下降，实测位移值已接近规定的允许值，位移量可能超过预留变形量。
2）如出现变形速率突然增大出现不稳定征兆时，应加强监测，并对初支进行监视；如伴有响声及新生裂缝，应立即暂停正常施工，加强支护和采取可能的抢救性措施。
3）如果是由于基底下沉引起的，尽快将仰拱封闭，如仍然下沉，在墙角处加设锚杆，复喷混凝土并在基底钻孔注浆加固、换填或桩基。
4）如果是由于围岩压力引起的，可多次复喷并用锚杆加固围岩，补强初期支护，例如加设套拱，临时仰拱，临时竖向支撑等措施。在下一循环施工时，修改支护参数，增强初期支护，同时增大观测频率；必要时加强二次衬砌，紧跟施工。
6监控量测信息反馈系统案例
6.1 浅埋含水隧道施工
某隧道出口段DK117+985～DK117+820，隧道埋深浅，全断面为砂质黄土，特别是拱顶区域含砂量大基本为粉砂，结构松散，极易坍塌变形。施工该区段时正值雨季，而且多次遭遇该地区50年一遇的特大暴雨，造成雨水下渗，掌子面潮湿软化。
2012年6月8日～6月11日，监控量测表明：隧道出口端DK117+917～DK117+895区域拱顶下沉速度过大，在6月11日下午的监测中发现，拱顶下沉速度达到-19.4～-50.5mm/d，累计沉降达到-83.1～-163.4mm，拱顶沉降变形持续加大。特别是6月9日该地区下特大暴雨，统计表明下雨后2～3天，拱顶下沉速度达到正常值得3倍以上。
图4拱顶下沉曲线持续上升，进入危险状态
地表下沉监测表明：平均沉降速度达到-8.2～-21.3mm/d，DK117+922断面累计沉降达到-226.8mm，DK117+915断面累计沉降达到-179.0mm（截至6月12日）。
表2 本隧道出口端地表下沉量测结果（单位mm）
观测日期 DK117+922 DK117+915 DK117+907 DK117+900
沉降 累计 沉降 累计 沉降 累计 沉降 累计
6月8日 -10.2 -189.8 -12.4 -99.4 -9.9 -48.9 -1.8 -11.3
6月9日 -6.0 -195.8 -13.9 -113.3 -10.1 -59.0 -4.5 -15.8
6月10日 -10.7 -206.5 -27.9 -141.2 -31.8 -90.8 -18.3 -34.1
6月11日 -5.7 -212.2 -30.9 -172.1 -29.3 -120.1 -32.3 -66.4
由于该隧道浅埋，围岩软弱，又适逢雨季，拱顶下沉和地表下沉变化大，极易引起地表出现局部塌陷和地裂缝，甚至出现隧道坍塌事故。同时拱顶沉降的进一步增大也会影响到后期二衬厚度。为保证施工安全及施工满足设计要求，根据量测数据，暂时停止掌子面施工。采取了在地表覆盖塑料布减少雨水渗入避免软化围岩和增加围岩荷载，同时增强锁脚，严格注浆，施工过程严格按照CRD工法施工。变更衬砌支护参数为：Vb型复合式衬砌断面，初支全环HW175型钢钢架，间距0.5m，喷混凝土厚30cm，二衬采用50cm厚的钢筋混凝土。后期围岩沉降和变形得以控制，未出现安全险情。
关键词：隧道；软弱围岩；监控量测；信息反馈。
中图分类号：U45文献标识码： A
1工程概况
某铁路线是内蒙古西部一条煤运主通道和地区性煤炭运输主干线，线路位于低山丘陵区，地形起伏不大，冲沟较发育，线路桥隧比例高。隧道主要穿越风积砂黄土和砂岩泥岩地层，多呈缓倾状，埋深较浅。全线隧道围岩软弱，以IV级和V级为主，局部地段为VI级围岩，地质条件复杂，施工风险大。不良地质情况主要有以下三类：1）风积砂黄土覆盖层厚。隧道洞身或洞口段穿越风积砂层，围岩结构松散，完全无自稳能力，开挖过程漏砂严重，极易坍塌变形，引发地表塌陷。2）洞口地质条件差。隧道进出洞口埋深浅，冲沟发育，岩体风化严重，岩质软弱，其中夹杂碎石，特别是拱顶局部夹含砂质黄土，完整性差，开挖时拱顶易掉块甚至坍塌。个别隧道洞口段地质条件复杂，穿越偏压段，受力复杂。3）裂隙水发育段。围岩为粉砂，结构松软，裂隙水发育，软化围岩呈软塑状，完整性差，及易坍塌变形并失稳，Ⅵ级围岩。
2监控量测项目
为确保隧道施工安全，根据规范和施工管理要求，将监控量测工作贯穿到整个施工过程，随时掌握隧道围岩和支护结构受力变形情况，引入监控量测信息反馈系统，及时将监控量测结果反馈给施工、监理、设计以及建设管理单位，根据量测成果及时调整支护参数和施工步骤，改进施工措施。
本线隧道工程监控量测实施项目主要为：1）洞内、外观测；2）周边位移监测；3）拱顶下沉量测；4）地表沉降观测。各分项监测断面要尽量布设在同一断面上，虽然各分项监测的重点不一致，但各分项目监测结果的趋势有一致性，监测中实时对各项监测成果进行相互印证，综合考虑量测成果的应用。
3位移管理等级
建立监控量测结果位移管理等级是监控量测信息反馈系统的首要步骤，本线隧道监测位移管理等级分为三等，其等级划分及相应基准值见表1。通过对监测结果的比较和分析来判定支护结构的稳定性和安全性，并指导施工。
表1变形管理等级标准表
管理等级 管 理 位 移 施工状态
Ⅰ U0＜（Un／3） 正常施工
Ⅱ （Un／3）≤U0≤（2Un／3） 加强支护
Ⅲ U0＞（2Un／3） 采取特殊措施
U0为实测变形值，Un允许变形值。Un的确定：Un的确定应考虑围岩类别、隧道埋置深度等因素并结合现场条件选择。对于软弱围岩、含水、浅埋等特殊地质情况围岩，开挖过程围岩和支护变现大，确定预警标准值为：当周边位移或拱顶下沉速率大于10～15mm/d时，围岩处于急剧变化状态，应报警，进行加固，累计变形为30cm。
每次观测结束后绘制时间-位移，对数据进行分析。如果曲线正常，说明位移随施工的进行渐趋稳定；如果出现反常，出现反弯点，表明围岩和支护已呈不稳状况，应立即采取措施。
1）根据现场量测数据及时绘制位移－时间曲线，曲线的时间坐标轴下应注明施工工序以及开挖面离量测断面的距离；
2）当位移－时间曲线趋于平缓时，应进行数据处理或回归分析，以推算最终位移和位移变化规律。
3）当位移－时间曲线中出现反常的急骤现象时，如出现图中反常现象(如图2)，表明此时的围岩.支护系统已处于不稳定状态，应加强监视。在监测过程中，若发现周边位移量过大或收敛速度无稳定趋势时，应进行施工处理，或停止洞内开挖，或对结构采取补强措施。
图2位移-时间曲线图
4监控量测信息反馈程序
在监测过程中，实时对监测结果进行整理，根据分析结果，对隧道安全性提出评价意见，评价根据位移管理等级分三级进行，并按规定采取相应的工程对策，监控量测信息反馈程序见图3。
图3监控量测信息反馈程序框图
5监测结果异常的处理
隧道监测结果异常处理是监控量测信息反馈系统的最关键步骤，当监控预报结果出现异常时，可按以下方法处理：
1）遇下列情况之一，应立即采取补强措施，改变施工方法或设计参数，增强初期支护：隧道开挖后，工程地质和水文地质、围岩类别比预计的要差；喷射混凝土层裂缝多、裂缝大或不断发展；位移速率长期无明显下降，实测位移值已接近规定的允许值，位移量可能超过预留变形量。
2）如出现变形速率突然增大出现不稳定征兆时，应加强监测，并对初支进行监视；如伴有响声及新生裂缝，应立即暂停正常施工，加强支护和采取可能的抢救性措施。
3）如果是由于基底下沉引起的，尽快将仰拱封闭，如仍然下沉，在墙角处加设锚杆，复喷混凝土并在基底钻孔注浆加固、换填或桩基。
4）如果是由于围岩压力引起的，可多次复喷并用锚杆加固围岩，补强初期支护，例如加设套拱，临时仰拱，临时竖向支撑等措施。在下一循环施工时，修改支护参数，增强初期支护，同时增大观测频率；必要时加强二次衬砌，紧跟施工。
6监控量测信息反馈系统案例
6.1 浅埋含水隧道施工
某隧道出口段DK117+985～DK117+820，隧道埋深浅，全断面为砂质黄土，特别是拱顶区域含砂量大基本为粉砂，结构松散，极易坍塌变形。施工该区段时正值雨季，而且多次遭遇该地区50年一遇的特大暴雨，造成雨水下渗，掌子面潮湿软化。
2012年6月8日～6月11日，监控量测表明：隧道出口端DK117+917～DK117+895区域拱顶下沉速度过大，在6月11日下午的监测中发现，拱顶下沉速度达到-19.4～-50.5mm/d，累计沉降达到-83.1～-163.4mm，拱顶沉降变形持续加大。特别是6月9日该地区下特大暴雨，统计表明下雨后2～3天，拱顶下沉速度达到正常值得3倍以上。
图4拱顶下沉曲线持续上升，进入危险状态
地表下沉监测表明：平均沉降速度达到-8.2～-21.3mm/d，DK117+922断面累计沉降达到-226.8mm，DK117+915断面累计沉降达到-179.0mm（截至6月12日）。
表2 本隧道出口端地表下沉量测结果（单位mm）
观测日期 DK117+922 DK117+915 DK117+907 DK117+900
沉降 累计 沉降 累计 沉降 累计 沉降 累计
6月8日 -10.2 -189.8 -12.4 -99.4 -9.9 -48.9 -1.8 -11.3
6月9日 -6.0 -195.8 -13.9 -113.3 -10.1 -59.0 -4.5 -15.8
6月10日 -10.7 -206.5 -27.9 -141.2 -31.8 -90.8 -18.3 -34.1
6月11日 -5.7 -212.2 -30.9 -172.1 -29.3 -120.1 -32.3 -66.4
由于该隧道浅埋，围岩软弱，又适逢雨季，拱顶下沉和地表下沉变化大，极易引起地表出现局部塌陷和地裂缝，甚至出现隧道坍塌事故。同时拱顶沉降的进一步增大也会影响到后期二衬厚度。为保证施工安全及施工满足设计要求，根据量测数据，暂时停止掌子面施工。采取了在地表覆盖塑料布减少雨水渗入避免软化围岩和增加围岩荷载，同时增强锁脚，严格注浆，施工过程严格按照CRD工法施工。变更衬砌支护参数为：Vb型复合式衬砌断面，初支全环HW175型钢钢架，间距0.5m，喷混凝土厚30cm，二衬采用50cm厚的钢筋混凝土。后期围岩沉降和变形得以控制，未出现安全险情。